智能紡織材料之自修復(fù)材料

20 世紀(jì)80 年代中期，人們希望找到智能材料體系集感知、驅(qū)動、信息處理于一體的材料。21世紀(jì)紡織科技新發(fā)展，已能制取“機(jī)敏”、“靈巧”、“智能”纖維材料，用來生產(chǎn)智能紡織品；或者以常規(guī)織物為“平臺”，加入各種各樣的新化工原料，生產(chǎn)出智能紡織品。智能纖維的構(gòu)思來源于仿生學(xué)，一般從仿生學(xué)、分子設(shè)計(jì)、復(fù)合技術(shù)三方面達(dá)到自修復(fù)、自調(diào)整、自診斷、自適應(yīng)、自恢復(fù)等功能。

其中，具有自修復(fù)功能的聚合物基復(fù)合材料是近幾年學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)，目前，對這一領(lǐng)域的開發(fā)與研究已成為科學(xué)界高度關(guān)注的熱點(diǎn)。作為一種新型的智能材料，自修復(fù)聚合物基復(fù)合材料是模仿生物體損傷自愈合的機(jī)理對材料加工或使用過程中肉眼難以發(fā)現(xiàn)的微觀裂紋進(jìn)行自修復(fù)。

聚合物基復(fù)合材料自修復(fù)方法主要有本征型自修復(fù)和外援型自修復(fù)。兩者的區(qū)別在于自修復(fù)體系是否需要外加修復(fù)劑。外援型自修復(fù)通過在材料體系內(nèi)外加修復(fù)劑實(shí)現(xiàn)自修復(fù)功能，本文重點(diǎn)對外援型自修復(fù)材料進(jìn)行介紹。

中空纖維自修復(fù)材料

中空纖維自修復(fù)方法的修復(fù)機(jī)理是將中空纖維埋植在基體材料中，空心纖維內(nèi)裝有修復(fù)劑流體，材料發(fā)生破壞時通過釋放空心纖維內(nèi)的修復(fù)劑流體粘接裂紋處實(shí)現(xiàn)損傷區(qū)域自修復(fù)。

中空纖維自修復(fù)過程

該方法早應(yīng)用于纖維增強(qiáng)混凝土材料中，近些年來許多研究學(xué)者將其應(yīng)用于聚合物基復(fù)合材料的自修復(fù)領(lǐng)域。中空纖維的直徑一般在40～200 μm，依據(jù)纖維內(nèi)部修復(fù)劑類型可分為3種類型：中空心纖維內(nèi)裝有單組分修復(fù)劑，該組分可在空氣等作用下不需固化劑便可實(shí)現(xiàn)自修復(fù)；修復(fù)劑及固化劑分別注入不同空心纖維內(nèi)，自修復(fù)過程需要修復(fù)劑與固化劑接觸才能實(shí)現(xiàn)；修復(fù)劑注入空心纖維內(nèi)，固化劑以微膠囊形式分散在基體材料中，同樣也需要兩者接觸實(shí)現(xiàn)自修復(fù)功能。

納米粒子自修復(fù)材料

納米粒子自修復(fù)機(jī)理為：當(dāng)材料產(chǎn)生裂紋時，納米粒子向裂紋區(qū)域擴(kuò)散（納米粒子尺寸越小擴(kuò)散效果越好），擴(kuò)散后的納米粒子相將裂紋處填充從而起到修復(fù)的作用。

微膠囊自修復(fù)材料

微膠囊自修復(fù)聚合物材料于2001 年首次提出的，在之后的十幾年中成為科研學(xué)者們的研究熱點(diǎn)，并已成為目前主要的自修復(fù)方法之一。其自修復(fù)機(jī)理為：將內(nèi)含修復(fù)劑的微膠囊埋入聚合物基體材料中，同時在基體中預(yù)埋催化劑（也可將催化劑微膠囊化后埋入基體材料中），材料產(chǎn)生裂紋后，裂紋的擴(kuò)展導(dǎo)致微膠囊破裂，釋放出的修復(fù)劑在虹吸作用下向損傷區(qū)域擴(kuò)散，遇到催化劑后發(fā)生聚合反應(yīng)修復(fù)裂紋。

微脈管自修復(fù)材料

微膠囊自修復(fù)體系雖然是目前應(yīng)用廣泛的，但其只能實(shí)現(xiàn)單次修復(fù)，與理想的自修復(fù)材料相比還存在差距。與其相比，2007 年首次實(shí)現(xiàn)的微脈管網(wǎng)絡(luò)自修復(fù)體系通過模擬生物體組織自愈合原理，通過在材料內(nèi)部埋入具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的微脈管，可實(shí)現(xiàn)修復(fù)劑的持續(xù)補(bǔ)充，因此可實(shí)現(xiàn)材料損傷的多次修復(fù)。

碳納米管自修復(fù)

碳納米管作為材料自修復(fù)體系，其修復(fù)機(jī)理為：將埋植在基體材料內(nèi)的碳納米管充當(dāng)容器，在其內(nèi)部儲存修復(fù)劑分子，當(dāng)材料產(chǎn)生裂紋時碳納米管破裂，修復(fù)劑釋放出來后吸附在裂紋處或在裂紋處發(fā)生化學(xué)反應(yīng)粘接裂紋實(shí)現(xiàn)自修復(fù)功能。碳納米管自修復(fù)體系是理想的自修復(fù)材料體系，但目前僅處于計(jì)算機(jī)模擬階段，沒有真正的實(shí)驗(yàn)研究，預(yù)計(jì)將來會得到很好的應(yīng)用。

自修復(fù)聚合物材料目前正處于快速發(fā)展的研究階段，屬于交叉學(xué)科研究領(lǐng)域，因此需要多種知識背景的研究者加入。未來發(fā)展趨勢主要為：①優(yōu)化和開發(fā)新的自修復(fù)體系，提高修復(fù)效率和自修復(fù)循環(huán)次數(shù)；②自修復(fù)功能的實(shí)現(xiàn)不影響基體材料性能；③自修復(fù)同時具有自診斷功能，使自修復(fù)聚合物材料實(shí)現(xiàn)真正意義上的仿生材料；④從實(shí)驗(yàn)室研究走向工程應(yīng)用。

智能材料的發(fā)展為智能紡織品的開發(fā)奠定的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，促進(jìn)了高端紡織產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我們通過將智能材料應(yīng)用于紡織品或使紡織品智能化，使傳統(tǒng)紡織品綻開新蕾。

來源：魯豫紡織

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